1. 客製化印刷應變計
應變計在結構監測、穿戴式技術、機器人和柔性電子領域發揮著至關重要的作用。傳統的應變計雖然應用廣泛，但受限於剛性基底、複雜的組裝製程和有限的客製化程度。印刷電子技術和導電奈米顆粒油墨開闢了一條更靈活的道路：輕巧的、數位化製造的感測器，可根據特定的幾何形狀、基底或應用進行客製化。
本白皮書回顧了使用 NovaCentrix 銀奈米顆粒油墨開發和驗證印刷應變計的過程。以下範例重點介紹了學術驗證和應用部署。
- 路易斯維爾大學的兩項研究 [1], [2] 示範氣溶膠噴射列印 JS-A426，包括量規設計、燒結最佳化和量規因子測量。
- 德州大學聖安東尼奧分校的一項研究 [3] 舊 JS-A102A諾維薩德大學的一項研究 [4] 使用噴墨優化的 NovaCentrix 墨水快速製造各種感測器幾何形狀。
- 另外兩項研究重點介紹了應用系統：一種是具有嵌入式應變感測的三角洲機器人。 JS-B25P [5] 以及一種觸覺機器人皮膚感測器 JS-A426 [6].
2. 介紹和背景
應變計透過追蹤導電路徑在拉伸或壓縮下電阻的變化來測量機械形變。當導電路徑拉伸或收縮時，導體幾何形狀和底層微觀結構都會發生變化，產生可測量的電響應。
傳統箔式量規仍然有效，但它們也存在一些實際的限制：固定的安裝方式、黏合劑黏合步驟、有限的幾何自由度，以及當設計需要快速更改時產生的製造成本。
印刷電子技術改變了設計空間。導電油墨可以直接沉積在柔性基材上，從而實現軟體層面的幾何形狀修改、更緊湊的迭代周期，以及在薄型、保形或特定應用材料上製造感測器。
NovaCentrix 提供多種銀奈米顆粒墨水系統，可針對不同的沉積方法進行最佳化，從精細的氣溶膠噴射列印到以生產為導向的噴墨工作流程。正是這些經過驗證的資料，使得本頁的研究成果對正在從概念階段過渡到實際應用階段的工程團隊具有重要意義。
量規因子
應變計的核心靈敏度指標
追求卓越的脊椎側彎照護 ΔR 是電阻的變化量， R 是最初的阻力，而且 ε 是施加的應變。較大的靈敏度係數表示更高的靈敏度。
參考範圍
3. NovaCentrix應變計專用油墨
NovaCentrix導電油墨專為數位沉積和後處理而設計，支援先進的印刷感測器製造。多種銀奈米顆粒油墨已在氣溶膠噴射和噴墨工作流程中驗證可用於應變計應用。
梅塔隆® JS-A426
AJP優化的銀奈米顆粒油墨，適用於在包括PI（Kapton）和PET在內的柔性基材上進行精細線條印刷。已驗證可用於觸覺感測器、機器人皮膚和結構測量。
查看 JS-A426梅塔隆® JS-A102A
用於 Dimatix 按需噴墨列印的銀墨。可在 Kapton 基材上快速列印各種感測器幾何形狀，經分階段低溫燒結後可達到低電阻。
查看 JS-A102A梅塔隆® JS-B25HV 和 JS-B15P
噴墨墨水已在專業和桌上型系統的聚醯亞胺和PET上得到驗證，根據基材和層數的不同，其量規係數值介於1.58和2.03之間。
瀏覽噴墨墨水4. 案例研究：使用 NovaCentrix 油墨的印刷應變計
4.1 JS-A426 透過氣溶膠噴射列印 - 路易斯維爾大學 [1], [2]
路易斯維爾大學的兩項研究證明了以下方法的有效性： JS-A426 利用氣溶膠噴射列印技術在聚醯亞胺薄膜（Kapton）上製造客製化應變計。 2023年的後續研究增加了一個與燒結條件相關的電導率預測模型，從而改進了製程控制，並減少了新列印條件的試誤過程。
關鍵結果
JS-A426氣溶膠射流研究的代表性結果。
| Printer | Optomec氣溶膠噴射印表機 |
|---|---|
| 行寬 | 50 至 60 微米 |
| 燒結窗口 | 200至240°C，持續18至24小時 |
| 電導率 | 約 7.05 × 106 單位/米 |
| 測量係數 | 1.85 （2021）和 1.74 (2023) |
4.1.2 JS-A426 用於柔性基板觸覺感應
這項工作擴展 JS-A426 將星形觸覺感測器嵌入PDMS中，用於機器人皮膚。在約5,000次循環測試中，該感測器保持了可重複的性能，靈敏度係數接近1.85，展現了其在動態軟體機器人環境下的耐久性。 [6]
4.2 JS-A102A 按需噴墨列印 - 德州大學聖安東尼奧分校 [3]
UTSA的研究使用了 JS-A102A 利用 Dimatix 按需噴墨列印系統探索快速感測器製造。在 Kapton 薄膜上印製了多種幾何形狀的感應器，經 50°C 和 150°C 分階段燒結後，電阻值介於 2.3 歐姆和 7.2 歐姆之間。此結果有力地證明了快速原型製造和穩定電氣性能的可行性。
4.3 JS-B25HV 和 JS-B15P 噴墨列印 - 諾維薩德大學 [4]
研究人員比較了使用 NovaCentrix 銀墨在專業列印系統和桌面列印系統上製作的噴墨列印應變計。在聚醯亞胺和 PET 基材上，列印的應變計的靈敏係數在 1.58 到 2.03 之間，具體數值取決於基材、墨水選擇和層數，同時保持了良好的短期穩定性，長期漂移也較為輕微。
5. 實際應用
6. 總結與展望
在學術研究和應用研究中，NovaCentrix銀奈米顆粒油墨已被證明可有效用於製造高性能柔性應變計，並可採用多種數位印刷製程。從氣溶膠噴射到噴墨印刷，從Kapton到PET，該平台均支援可靠的導電性、可重複的應變係數性能，並可整合到實際的機器人系統中。
這些材料能夠定制幾何形狀，直接列印到柔性基材上，並且可以使用相對容易獲得的沉積硬件，因此特別適用於快速原型製作、可穿戴設備、結構健康監測和軟體機器人。
NovaCentrix更廣泛的材料組合和製程生態系統，包括對低熱預算固化的支持 脈衝鍛造提供了一條從研究驗證到可擴展生產的切實可行的途徑。
未來發展方向
- 光子燒結技術適用於超低熱預算應用和熱敏基材。
- 將應變感測與溫度、壓力或觸覺反應等相鄰功能結合。
- 開發經過驗證的感測器幾何庫，以加快 OEM 和研究部署。
7. 參考
-
[1]
Ratnayake 等人。使用銀奈米粒子墨水的氣溶膠噴射列印應變計。 IEEE 柔性電子感測器會議 (FLEPS) 2021。
開源 -
[2]
Ratnayake 等人。氣溶膠噴射列印銀奈米顆粒油墨的電導率預測。 IEEE J. Flex. Electron. 2023。
開源 -
[3]
Dipon 等人。使用銀墨按需噴墨列印應變計。鐵電體 2023。
開源 -
[4]
Zlebic 等人。柔性基板上噴墨列印應變計的效能分析。 Facta Univ.，Ser. Electron. Energ. 2016。
開源 -
[5]
Kalafat. 基於摺紙的集成印刷應變計的Delta機器人. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
開源 -
[6]
Olowo 等人。用於機器人觸覺皮膚的氣溶膠噴射列印星形應變感測器。 IEEE J. Flex. Electron. 2023。
開源
圖片來源：應變計插圖改編自本頁目前使用的圖表來源，已註明出處。 CC BY-SA 2.5. 回到頂部
